重慶市污染土壤磁化率特征研究

蔡云鋒++王勇

摘 要 基于重慶市3個(gè)不同類型污染土壤剖面以及表土樣品進(jìn)行磁化率研究，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)土壤樣品磁化率值差異很大，剖面樣品以及垃圾場(chǎng)表土樣品除鐵山坪剖面樣品外，χfd<10%，說明樣品中SP顆粒很少，磁性顆粒以粗顆粒為主，樣品中χlf的變化主要來源于人為污染物質(zhì)的積累；剖面樣品的χlf與χfd呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系，同樣表明樣品中χlf的變化主要來源于人為的污染物質(zhì).

關(guān)鍵詞 重慶市； 污染土壤； 磁化率； 頻率磁化率

中圖分類號(hào) P318.4+1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 10002537（2014）03001405

土壤的磁化率不僅受控于母巖的性質(zhì)和土壤的類型[1]，而且與人類活動(dòng)密不可分，尤其是隨著社會(huì)發(fā)展水平的不斷提高，工業(yè)生產(chǎn)和交通運(yùn)輸?shù)热祟惢顒?dòng)排放的磁性顆粒物沉降在土壤中，土壤磁性明顯提高.磁化率的不斷增加往往伴隨著許多有害金屬元素的出現(xiàn)[2]，因此人們對(duì)污染土壤磁化率的研究越來越重視，同時(shí)土壤中的磁化率值與重金屬元素含量往往存在高度的相關(guān)性，磁化率值在一定的環(huán)境條件下可以作為檢測(cè)重金屬元素含量的代用指標(biāo)[34].

由于磁測(cè)方法具有簡單、快速、非破壞性的特點(diǎn)， 磁測(cè)作為土壤和沉積物重金屬污染監(jiān)測(cè)的方法已在國內(nèi)外得到應(yīng)用[58]，而磁化率和頻率磁化率是兩個(gè)最常用、最重要的環(huán)境磁學(xué)指標(biāo)[8].Thompson 和Oldfield的研究指出靠近城市和工業(yè)中心地區(qū)的土壤磁化率要高于其他地區(qū)[1]；Hoffmann 等通過測(cè)定高速公路兩側(cè)土壤的磁化率來確定交通污染的分布范圍[9].近年來，國內(nèi)有關(guān)學(xué)者對(duì)污染土壤的磁化率指標(biāo)作了大量的研究.旺羅等研究污染土壤的磁化率特征，發(fā)現(xiàn)其磁化率大，而頻率磁化率小，污染表土的頻率磁化率與磁化率呈負(fù)相關(guān)[10]；李曉慶等對(duì)城市土壤污染的磁學(xué)監(jiān)測(cè)研究表明工業(yè)區(qū)土壤磁化異常增值[11]；琚宜太等對(duì)福建三明地區(qū)某鋼鐵廠和火電廠的土壤樣品進(jìn)行了系統(tǒng)磁學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)污染表土中磁性礦物有磁鐵礦、赤鐵礦和磁黃鐵礦；且其平均粒度較粗，明顯大于成土作用產(chǎn)生的磁性顆粒；粗粒的磁性礦物是污染的主要磁性組合[12]；夏敦勝等對(duì)城市表土磁學(xué)特征和重金屬污染的研究表明，城市表土磁學(xué)特征以低矯頑力亞鐵磁性礦物為主導(dǎo)，且磁化率高于背景值[1315]；盧升高等發(fā)現(xiàn)杭州城區(qū)土壤的磁性礦物以磁鐵礦和赤鐵礦為主， 磁性礦物以假單疇—多疇（PSD—MD）顆粒存在， 粒度明顯大于成土過程形成的磁性顆粒[16].綜上所述，不同地區(qū)的城市表土和污染土壤都具有共同的磁學(xué)特征：磁化率高于背景值，而頻率磁化率小，磁性礦物以磁鐵礦和赤鐵礦為主，且粒度明顯大于自然成土過程形成的磁性顆粒，粗粒的磁性礦物是污染的主要磁性組合.

重慶市作為我國的中心城市、老重工業(yè)基地，其發(fā)展過程中產(chǎn)生污染是不可避免的.如何快速識(shí)別污染土壤，在重慶市還沒有較為系統(tǒng)的研究.本文通過對(duì)重慶市不同類型污染土壤剖面的土壤磁化率和頻率磁化率進(jìn)行對(duì)比分析，提出了重慶市污染土壤的磁化率識(shí)別標(biāo)志.

重慶市位于中國內(nèi)陸西南部，地跨105°11′—110°11′ E、28°10′—32°13′N之間的青藏高原與長江中下游平原的過渡地帶，屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，年平均氣溫18 ℃左右.黑石子填埋廠位于重慶市江北區(qū)，負(fù)責(zé)處理江北區(qū)、渝北區(qū)、北部新區(qū)及渝中區(qū)的生活垃圾；鐵山坪森林公園是重慶近郊的主要天然公園之一，位于市主城區(qū)東部；農(nóng)化集團(tuán)位于重慶市沙坪壩區(qū)井口鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)橋，始建于1952年，以生產(chǎn)化學(xué)農(nóng)藥為主.

1 實(shí)驗(yàn)和材料方法

樣品主要采自重慶市江北區(qū)和沙坪壩區(qū)兩個(gè)不同污染地區(qū)的土壤表土、剖面和森林公園土壤剖面的樣品，樣品剖面的具體描述是：

（1）黑石子垃圾填埋廠剖面：采樣主要針對(duì)填埋廠外的排水小河溝，在其上、中、下游各采一個(gè)剖面，分別記為LJCPM1、LJCPM2、LJCPM3，并在中游垂直小河溝以10 m間隔采表土樣，記為LJCBT，共采表土樣9個(gè)，PM1樣7個(gè)、PM2樣14個(gè)、PM3樣7個(gè)；

（2）森林公園剖面：采自江北區(qū)鐵山坪森林公園剖面，記為TSPGY，共20個(gè)，處理過程中損失剖面最上層土樣6個(gè)，現(xiàn)有土樣14個(gè)；

（3）農(nóng)化集團(tuán)土樣：采集重慶農(nóng)化集團(tuán)廠區(qū)內(nèi)土壤剖面，記為NHJT，共17個(gè)，其0～20 cm為黃褐色粘土層，20 cm～55 cm為黑色的沙壤土，55 cm以下為黑色的粘土層，并采集爐渣堆積區(qū)爐渣表土5個(gè).

所有土壤樣品磁化率測(cè)試在西南大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院實(shí)驗(yàn)室完成，土壤樣品自然風(fēng)干，磨碎后過2 mm篩，用卡帕橋多頻各向異性磁化率儀（MFK1FA）進(jìn)行低頻（976 Hz）和高頻（15 616 Hz）磁化率（分別用χlf和χhf表示）測(cè)試，換算成質(zhì)量磁化率.頻率磁化率（χfd）的換算公式為：

χfd=（χlf-χhf）/ χlf×100%. （1）

其中，χlf為低頻磁化率，χhf為高頻磁化率[17].

2 結(jié)果與討論

3地土壤剖面以及表土的低頻磁化率和頻率磁化率特征如表1所示.

磁化率為外磁場(chǎng)作用下物質(zhì)磁化的能力，是指在弱磁場(chǎng)中（01 mT）樣品的磁化強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度之比[17]，它反映了樣品中亞鐵磁性礦物的富集程度[18].5個(gè)剖面相比，農(nóng)化集團(tuán)的χlf平均值最大，依次是PM1、鐵山坪公園剖面、PM2、PM3，而所有樣品中爐渣的χlf最大，垃圾場(chǎng)表土其次.剖面的χlf變化大多是最大值位于剖面的中上層土壤中.χlf變化幅度最大的是農(nóng)化集團(tuán)剖面，其他剖面變化幅度相對(duì)較??；垃圾場(chǎng)3個(gè)剖面變化趨勢(shì)都不相同，且變化較為劇烈.從圖1中可以看出，農(nóng)化集團(tuán)剖面χlf值呈現(xiàn)兩頭小、中間大的的趨勢(shì)，且剖面中層土壤磁化率（χlf）出現(xiàn)急劇增大的趨勢(shì)，最大值也是位于中間層土壤，而頻率磁化率（χfd）最大值在表層土壤；黑石子垃圾場(chǎng)3個(gè)剖面中，PM1土壤磁化率的變化趨勢(shì)是0～5 cm深度時(shí)增大，5～25 cm逐漸減小，而25 cm以下則急劇增大.PM3的變化趨勢(shì)則跟PM1的基本相反；然而，PM2的則跟其他兩個(gè)剖面的變化完全不同，0～5 cm其磁化率值呈現(xiàn)增大趨勢(shì)，5 cm以下則呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)，到了底層其變化的幅度很小.表土樣品的磁化率值隨著與小河溝距離的增大而增大，尤其是50 m距離之后，χlf值急劇增大；鐵山坪森林公園剖面的變化跟PM2較相似，但其值變化較PM2復(fù)雜，總體上呈現(xiàn)為小幅度波動(dòng)的減小.垃圾場(chǎng)剖面、表層土χlf的急劇增大，可能是大量的污染物沉積于表層土壤，磁性顆粒積聚引起的.雖然PM2與鐵山坪的變化基本相似，但是鐵山坪剖面出現(xiàn)波動(dòng)變化，而PM2則是較單一的變化，可能是由于鐵山坪剖面的擾動(dòng)因素較為復(fù)雜，從而導(dǎo)致其磁化率的波動(dòng)變化.農(nóng)化集團(tuán)剖面在20～55 cm黑色沙壤層出現(xiàn)的急劇變化則是由于土壤受農(nóng)化工業(yè)生產(chǎn)污染積淀的影響，大量的外來強(qiáng)磁性顆粒進(jìn)入到了土壤中.從χlf平均值來看，垃圾場(chǎng)上、中、下游的3個(gè)剖面，其值從上游往下游減小，即從上游往下游方向，進(jìn)入土壤中的外來磁性顆粒逐漸減少.說明從上游到下游的污染程度逐漸減輕，流水對(duì)污染有稀釋作用.χfd指示了樣品中超順磁（SP）和細(xì)粘滯性（FV）顆粒的相對(duì)重要性[1920]，根據(jù)Dearing 提出的應(yīng)用χfd來估算SP顆粒的模式，χfd≤3%的樣品基本沒有SP顆粒，χfd在3%～10%的樣品，SP和粗粒顆粒同時(shí)存在[21].黑石子垃圾場(chǎng)3個(gè)剖面、農(nóng)化集團(tuán)剖面以及垃圾場(chǎng)表土中，χfd平均值都小于10%，說明樣品中SP顆粒含量比較少，SP顆粒對(duì)χlf的貢獻(xiàn)很小，磁性顆粒以粗顆粒為主，粗顆粒是樣品χlf的主導(dǎo)因素.鐵山坪森林公園剖面中χlf較大，χfd也較大，說明其樣品中含有相當(dāng)數(shù)量的SP顆粒；爐渣樣品的χlf平均值大于500×10-11m3/g，說明爐渣樣品中含有相當(dāng)數(shù)量的磁性物質(zhì)，χfd>10%，說明樣品中存在較多的SP顆粒.

3 結(jié)論

通過對(duì)重慶市兩個(gè)不同類型污染地區(qū)以及一個(gè)公園剖面和表土磁化率的綜合分析，得出以下結(jié)論：

（1）重慶市污染土壤的磁化特征為：研究區(qū)土壤磁化率值差異很大，剖面樣品中，χlf平均值變化范圍為21.452×10-11～60.685×10-11 m3/g，農(nóng)化集團(tuán)剖面的χlf最大，鐵山坪第三，垃圾場(chǎng)3個(gè)剖面的χlf是從上游往下游減小，而表土的χlf平均值為61.688×10-11～544.442×10-11 m3/g.黑石子垃圾場(chǎng)3個(gè)剖面、農(nóng)化集團(tuán)剖面以及垃圾場(chǎng)表土中，χfd平均值都小于10%，說明樣品中SP顆粒很少，磁性顆粒以粗顆粒為主，樣品中χlf的變化主要來源于人為的污染物質(zhì)的積累；爐渣和鐵山坪樣品中，χfd>10%，說明樣品中存在較多的SP顆粒.

（2）研究區(qū)剖面χlf與χfd呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，其中TSPGY、PM1、PM2負(fù)相關(guān)性顯著，PM3、NHJT呈較弱的負(fù)相關(guān)性.樣品的χlf與χfd也呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，這與前人的研究結(jié)果相符，說明樣品中χlf的變化主要來源于人為的污染.其中TSPGY的χlf的變化可能不完全是由污染造成的，而是在人為和自然的相互作用下導(dǎo)致的.

（3）通過分析重慶市污染土壤磁化率特征并與前人研究結(jié)論對(duì)比，說明磁化率與頻率磁化率是識(shí)別土壤污染的有效手段，為有效識(shí)別監(jiān)測(cè)土壤環(huán)境污染提供了一種簡單易行的方法.

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（編輯 王 ?。?

3 結(jié)論

通過對(duì)重慶市兩個(gè)不同類型污染地區(qū)以及一個(gè)公園剖面和表土磁化率的綜合分析，得出以下結(jié)論：

（1）重慶市污染土壤的磁化特征為：研究區(qū)土壤磁化率值差異很大，剖面樣品中，χlf平均值變化范圍為21.452×10-11～60.685×10-11 m3/g，農(nóng)化集團(tuán)剖面的χlf最大，鐵山坪第三，垃圾場(chǎng)3個(gè)剖面的χlf是從上游往下游減小，而表土的χlf平均值為61.688×10-11～544.442×10-11 m3/g.黑石子垃圾場(chǎng)3個(gè)剖面、農(nóng)化集團(tuán)剖面以及垃圾場(chǎng)表土中，χfd平均值都小于10%，說明樣品中SP顆粒很少，磁性顆粒以粗顆粒為主，樣品中χlf的變化主要來源于人為的污染物質(zhì)的積累；爐渣和鐵山坪樣品中，χfd>10%，說明樣品中存在較多的SP顆粒.

（2）研究區(qū)剖面χlf與χfd呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，其中TSPGY、PM1、PM2負(fù)相關(guān)性顯著，PM3、NHJT呈較弱的負(fù)相關(guān)性.樣品的χlf與χfd也呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，這與前人的研究結(jié)果相符，說明樣品中χlf的變化主要來源于人為的污染.其中TSPGY的χlf的變化可能不完全是由污染造成的，而是在人為和自然的相互作用下導(dǎo)致的.

（3）通過分析重慶市污染土壤磁化率特征并與前人研究結(jié)論對(duì)比，說明磁化率與頻率磁化率是識(shí)別土壤污染的有效手段，為有效識(shí)別監(jiān)測(cè)土壤環(huán)境污染提供了一種簡單易行的方法.

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（編輯 王 ?。?

3 結(jié)論

通過對(duì)重慶市兩個(gè)不同類型污染地區(qū)以及一個(gè)公園剖面和表土磁化率的綜合分析，得出以下結(jié)論：

（1）重慶市污染土壤的磁化特征為：研究區(qū)土壤磁化率值差異很大，剖面樣品中，χlf平均值變化范圍為21.452×10-11～60.685×10-11 m3/g，農(nóng)化集團(tuán)剖面的χlf最大，鐵山坪第三，垃圾場(chǎng)3個(gè)剖面的χlf是從上游往下游減小，而表土的χlf平均值為61.688×10-11～544.442×10-11 m3/g.黑石子垃圾場(chǎng)3個(gè)剖面、農(nóng)化集團(tuán)剖面以及垃圾場(chǎng)表土中，χfd平均值都小于10%，說明樣品中SP顆粒很少，磁性顆粒以粗顆粒為主，樣品中χlf的變化主要來源于人為的污染物質(zhì)的積累；爐渣和鐵山坪樣品中，χfd>10%，說明樣品中存在較多的SP顆粒.

（2）研究區(qū)剖面χlf與χfd呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，其中TSPGY、PM1、PM2負(fù)相關(guān)性顯著，PM3、NHJT呈較弱的負(fù)相關(guān)性.樣品的χlf與χfd也呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，這與前人的研究結(jié)果相符，說明樣品中χlf的變化主要來源于人為的污染.其中TSPGY的χlf的變化可能不完全是由污染造成的，而是在人為和自然的相互作用下導(dǎo)致的.

（3）通過分析重慶市污染土壤磁化率特征并與前人研究結(jié)論對(duì)比，說明磁化率與頻率磁化率是識(shí)別土壤污染的有效手段，為有效識(shí)別監(jiān)測(cè)土壤環(huán)境污染提供了一種簡單易行的方法.

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（編輯 王 健）